煙稈生物質(zhì)炭基肥對連作烤煙生長及質(zhì)量的影響

陳燕，王鐸，李杰，王戈，王娜，周鵬，杜宇，王興松，方遠(yuǎn)鵬，陳貴云，白羽祥

(1. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，云南昆明 650201；2. 云南省煙草公司昆明市公司，云南昆明 650051)

煙草連作會形成制約其可持續(xù)發(fā)展的障礙，表現(xiàn)為煙株生長緩慢、病害頻發(fā)、產(chǎn)質(zhì)量低下，土壤質(zhì)量下降、土壤環(huán)境惡化等[1－4]。 而連作障礙的產(chǎn)生涉及因素較多，產(chǎn)生的機(jī)理較為復(fù)雜[5]，有研究證實(shí)，土壤理化性狀和生態(tài)環(huán)境惡化是主要的障礙因子[6]。 因此，消減連作障礙可從提高土壤質(zhì)量方面入手。 有研究表明，秸稈生物質(zhì)炭因獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)，具有豐富的表面官能團(tuán)及龐大的比表面積，有很強(qiáng)的吸附性，能改善土壤理化性狀，增加土壤有機(jī)碳含量，在緩解連作障礙、促進(jìn)作物生長方面具有顯著效果[7－9]。 而生物質(zhì)炭基肥是以生物質(zhì)炭為養(yǎng)分緩釋載體，將化肥與養(yǎng)分載體有機(jī)結(jié)合而制成的肥料，不僅能發(fā)揮生物質(zhì)炭對土壤物理、化學(xué)和生物特征等方面改良的優(yōu)點(diǎn)，又可持續(xù)不斷地向植株供應(yīng)養(yǎng)分，具有緩釋和固碳的雙重功能[10]，在提高土壤肥力和生產(chǎn)力方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，有利于促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展[11，12]。 前人研究表明，不同類型生物質(zhì)炭基肥的施用可提高番茄[13]、青椒[14]、小白菜[15]等蔬菜的產(chǎn)質(zhì)量；劉煒[16]研究發(fā)現(xiàn)，施用紫云英炭基肥可顯著提高水稻產(chǎn)質(zhì)量；李正東等[17]的研究表明，花生殼炭基肥對小麥產(chǎn)量的提升效果優(yōu)于小麥秸稈炭基肥。

目前生物質(zhì)炭在農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境改良方面的應(yīng)用效果已然成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，但關(guān)于煙稈生物質(zhì)炭基肥對烤煙生長發(fā)育的影響研究甚少。 因此本試驗(yàn)通過對比不同用量煙稈生物質(zhì)炭基肥處理下的連作烤煙農(nóng)藝性狀、產(chǎn)質(zhì)量及化學(xué)成分等指標(biāo)，初步探討在連作植煙土壤中施用煙稈生物質(zhì)炭基肥對烤煙生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響，明確提高連作烤煙產(chǎn)質(zhì)量的最適用量，為今后利用炭基肥緩解烤煙連作障礙、實(shí)現(xiàn)煙葉可持續(xù)生產(chǎn)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020 年4—9 月在云南省宜良縣竹山鎮(zhèn)進(jìn)行(24°37′58″N、103°7′51″E，海拔1 650 m)。試驗(yàn)地為已連作7 年的紅壤土，地勢平坦，排水良好。 耕層土壤基本理化性狀:有機(jī)質(zhì)含量31.27 g/kg、全氮1.45 g/kg、堿解氮125.26 mg/kg、全磷0.82 g/kg、有效磷21.52 mg/kg、全鉀17.85 g/kg、速效鉀275.7 mg/kg，pH 值6.36。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用生物質(zhì)炭由昆明市祿勸生物質(zhì)炭廠生產(chǎn)(鮮煙稈經(jīng)600℃炭化6 h 制得)。 生物質(zhì)炭基肥是利用混合造粒法[18]將氮磷鉀復(fù)合肥(N ∶P ∶K ＝16 ∶6 ∶24)和煙稈生物質(zhì)炭粉碎后加入改性玉米淀粉黏結(jié)劑[19]，制成3.00～8.00 mm 顆粒，復(fù)合肥和煙稈生物質(zhì)炭比例為5%∶95%。 煙稈生物質(zhì)炭基肥于移栽前施入，對照按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥，不施用生物質(zhì)炭基肥。 烤煙品種為紅花大金元，于2020年4 月22 日采用膜下小苗移栽。 移栽后施用煙草專用肥(N ∶P2O5∶K2O ＝15 ∶0 ∶30)300 kg/hm2，分3 次追施。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以不施煙稈生物質(zhì)炭基肥為CK，設(shè)置3 個不同用量生物質(zhì)炭基肥處理，分別為300 g/株(T1)、500 g/株(T2)、600 g/株(T3)。 每處理重復(fù)3 次，共計(jì)12 個小區(qū)。 每小區(qū)種植烤煙不少于100 株，行株距120 cm× 50 cm。 試驗(yàn)地四周設(shè)保護(hù)行。 栽培管理措施均按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 生育期觀測 按生育期調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確記錄烤煙移栽期、團(tuán)棵期、現(xiàn)蕾期、中心花開放期、腳葉成熟期、頂葉成熟期的日期。

1.4.2 農(nóng)藝性狀 于烤煙移栽后30、60、90 d，按照YC/T 142—2010 的方法分別進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查，每處理隨機(jī)選取10 株，調(diào)查煙株株高、莖圍、有效葉片數(shù)、最大葉長葉寬。

1.4.3 病害調(diào)查 于烤煙移栽后30、60、90 d，按GB/T 23222—2008 中的煙草病蟲害分級及調(diào)查方法對各處理煙株進(jìn)行病害調(diào)查。 調(diào)查烤煙普通花葉病和黑脛病發(fā)病率。

1.4.4 烤后煙葉外觀質(zhì)量評測 烘烤結(jié)束后，每處理隨機(jī)選取C2F 等級煙葉各1 kg，依據(jù)GB 2635—92 的方法進(jìn)行外觀質(zhì)量鑒定，主要包括顏色、成熟度、結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度，并依據(jù)煙葉外觀質(zhì)量評分標(biāo)準(zhǔn)[20]對各處理煙葉評分。

1.4.5 烤后煙葉化學(xué)成分測定 烘烤結(jié)束后，每處理采集C2F 等級煙葉各1 kg 進(jìn)行化學(xué)成分分析。 參照YC/T 159—2002 的方法測定總糖和還原糖含量，YC/T 161—2002 的方法測定總氮含量，YC/T 160—2002 的方法測定煙堿含量，YC/T 217—2007 的方法測定鉀含量，YC/T 162—2002的方法測定氯含量。 計(jì)算糖堿比、氮堿比及鉀氯比。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2017 對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、作圖，采用SPSS 27.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同用量煙稈生物質(zhì)炭基肥對連作烤煙生育期的影響

由表1 看出，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥可延長烤煙生育期，且隨炭基肥用量的增加，各生育期均有不同程度的延長，其中以T2、T3 處理較為明顯。

表1 不同用量煙稈生物質(zhì)炭基肥對連作烤煙生育期的影響(月/日)

2.2 不同用量煙稈生物質(zhì)炭基肥對連作烤煙農(nóng)藝性狀的影響

2.2.1 對連作烤煙株高、莖圍的影響 由圖1A看出，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥可顯著促進(jìn)中后期煙株生長，且隨炭基肥用量的增加，各處理株高呈先升后降趨勢。 在烤煙生長前期，各處理無顯著差異，而在生長中后期，T2 處理株高顯著高于其他處理，說明中等用量炭基肥對株高促進(jìn)作用最強(qiáng)。

圖1 不同處理煙株各時期株高和莖圍

由圖1B 可以看出，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥的3 個處理莖圍均高于CK。 移栽后30、90 d，T2 處理表現(xiàn)最佳；移栽后60 d，隨著炭基肥施用量的增加，各處理莖圍呈逐漸增大趨勢，但T1、T2、T3 處理間差異不顯著。 移栽后90 d，T2 處理莖圍最粗，T3 處理次之，T1 與CK 處理間無顯著差異。 說明500 g/株的炭基肥施用量更有利于煙株莖稈增粗。

2.2.2 對連作烤煙最大葉長、最大葉寬的影響由圖2A 可知，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥促進(jìn)煙株葉片伸長。 具體來看，在烤煙生長前期，最大葉長隨炭基肥施用量的增加整體呈上升趨勢，其中以T3 處理表現(xiàn)最優(yōu)，顯著大于CK；在烤煙生長中期，3 個炭基肥處理最大葉長均顯著高于CK，而處理間差異不顯著；在烤煙生長后期，以T2 處理表現(xiàn)最優(yōu)，與CK 差異顯著。 整體來看，施用500 g/株炭基肥可有效促進(jìn)烤煙葉片伸長。

圖2 不同處理煙株各時期最大葉長、最大葉寬

由圖2B 可知，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥對烤煙葉寬具有明顯的促進(jìn)作用。 在烤煙生長前期，T2 處理的促進(jìn)作用最明顯，CK、T1、T3 處理間無顯著差異；在烤煙生長中后期，隨炭基肥施用量的增加，最大葉寬呈先增大后減小趨勢，與CK 相比，炭基肥處理T2 對葉寬的促進(jìn)效果達(dá)顯著水平。 以上結(jié)果說明500 g/株炭基肥施用量更利于烤煙葉片生長。

2.2.3 對連作烤煙有效葉片數(shù)的影響 由圖3可以看出，烤煙移栽后30、60 d，各處理間有效葉片數(shù)無顯著差異；移栽后90 d，T3 處理的有效葉片數(shù)高于其他處理，且僅與T1 處理差異顯著。 整體來看，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥對煙株有效葉片數(shù)影響不大。

圖3 不同處理煙株各時期有效葉片數(shù)

2.3 不同用量煙稈生物質(zhì)炭基肥對烤煙主要病害發(fā)生的影響

由圖4A 可知，施用炭基肥對煙草普通花葉病具有明顯的抑制作用，隨炭基肥施用量的增加，普通花葉病發(fā)病率先降低后增加，在烤煙生長前中期對煙草普通花葉病的抑制作用最為明顯。 整體來看，T2 處理煙株在整個生育期發(fā)病率最低。

圖4 不同處理煙株各時期普通花葉病、黑脛病發(fā)病率

由圖4B 可知，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥降低煙草黑脛病發(fā)病率。 具體來看，在烤煙移栽后30、60 d，抑制效果最為明顯，3 個炭基肥處理煙株發(fā)病率均顯著低于CK，其中生長60 d 時T1、T2處理較低，且兩個處理間無顯著差異；移栽后90 d，煙草黑脛病發(fā)病率隨炭基肥施用量的增加呈先下降后上升趨勢，T2 處理發(fā)病率最低，顯著低于CK，T1、T3 處理次之，但處理間無顯著差異，CK發(fā)病率最高。 以上結(jié)果表明炭基肥施用量500 g/株能有效抑制黑脛病的發(fā)生，但施用過量則抑制效果減弱。

2.4 不同用量煙稈生物質(zhì)炭基肥對連作烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響

2.4.1 對連作烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響 由表2 可知，施用生物質(zhì)炭基肥顯著提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量，其中產(chǎn)量、均價、產(chǎn)值和中上等煙比例隨炭基肥施用量的增加均呈先升后降趨勢，均以T2 處理表現(xiàn)最優(yōu)，其中產(chǎn)量、產(chǎn)值和均價方面，T2 、T3 處理較高，且處理間無顯著差異。 相較于CK，T2 處理產(chǎn)值增長34.77%，T3 增長27.11%；從中上等煙比例來看，T2 處理顯著高于其他處理，其他處理間無顯著差異。 以上說明施用煙稈生物質(zhì)炭基肥對提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量具有積極作用，但超過一定范圍后促進(jìn)效果降低。

表2 不同用量煙稈生物質(zhì)炭基肥對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.4.2 對連作烤煙外觀質(zhì)量的影響 由表3 可知，在成熟度方面，各處理均達(dá)到成熟，以T2 處理分值最高，但與T3 無顯著差異，而顯著高于CK及T1 處理，后兩者間無顯著差異；在顏色方面，各處理表現(xiàn)一致，但施用炭基肥處理的分值均顯著高于對照，且處理間無顯著差異；對于葉片組織結(jié)構(gòu)、身份和油分而言，均以T2 處理表現(xiàn)最優(yōu)，且分值高于其他處理，與CK 差異顯著，CK 身份稍薄，油分欠佳。 綜合來看，T2 處理總分最高，T3 處理次之，CK 最低。 以上結(jié)果說明，煙稈生物質(zhì)炭基肥可有效提升煙葉外觀質(zhì)量，且隨施用量的增加，外觀質(zhì)量評分呈先升高后降低趨勢，其中以T2 處理提升效果最為顯著。

表3 不同處理烤后煙葉主要外觀質(zhì)量分析

2.5 不同用量煙稈生物質(zhì)炭基肥對烤煙化學(xué)成分的影響

王彥亭等[21]提出的優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn)為: 煙堿2.20%～2.80%、總氮2.00%～2.50%、還原糖18.00%～22.00%、鉀≥2.50%、淀粉≤3.50%、糖堿比8.50～9.50、氮堿比0.95～1.05、鉀氯比≥8.00。 由表4 可知，3 個炭基肥處理各項(xiàng)指標(biāo)(T1 糖堿比除外)均在優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，其中總糖、還原糖、鉀含量和糖堿比、鉀氯比均隨炭基肥施用量的增加而呈先升后降趨勢。 與CK 相比，施用炭基肥可降低煙堿含量，提高氮堿比，但各處理間差異不顯著；還原糖和糖堿比方面，T1、T2、T3 處理顯著高于CK；鉀含量方面，以T2 處理最高，T3、T1 處理次之，CK最低；氯含量方面，各處理間無顯著差異，且鉀氯比也無顯著差異。 綜合來看，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥的T2 處理最利于連作烤煙化學(xué)成分的協(xié)調(diào)穩(wěn)定。

表4 不同處理烤后煙葉化學(xué)成分分析

3 討論與結(jié)論

煙稈生物質(zhì)炭基肥既實(shí)現(xiàn)了煙稈廢棄物的利用[22]，又能根據(jù)煙株需肥特點(diǎn)持續(xù)供應(yīng)養(yǎng)分[23]，在改良土壤理化性質(zhì)的同時，也促進(jìn)煙株對養(yǎng)分的吸收利用，大幅提升連作植煙土壤質(zhì)量，提高持續(xù)生產(chǎn)能力。 陳重軍等[24]研究表明，添加煙稈生物炭可降低土壤總氮、總磷的流失。 解秋等[25]對玉米施用復(fù)配炭基肥的研究發(fā)現(xiàn)，40%木醋液炭基肥可提高氮素利用率23.49%，顯著提高苗期玉米的農(nóng)藝性狀。 孫櫻萁等[26]對黑麥草的研究發(fā)現(xiàn)，炭基肥中生物炭含量達(dá)61.6%，可有效促進(jìn)其生長。 呂澤先[27]在玉米和水稻試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與只施用生物質(zhì)炭處理相比，施用生物質(zhì)炭基肥能獲得更好的經(jīng)濟(jì)收益。 本研究結(jié)果顯示，煙稈生物質(zhì)炭基肥可在一定程度上延長烤煙生育期，有利于煙葉中總糖、還原糖、鉀等營養(yǎng)成分的積累，尤其在團(tuán)棵期和現(xiàn)蕾期表現(xiàn)較為明顯。 同時炭基肥對烤煙株高、莖圍、最大葉長葉寬均有一定的促進(jìn)作用，且整體以500 g/株施用量效果最佳，但對有效葉片數(shù)的影響不大。 究其原因可能是煙稈生物質(zhì)炭基肥可消除生物質(zhì)炭養(yǎng)分低的缺點(diǎn)，同時化肥可借助生物質(zhì)炭緩慢釋放[23]，從而促進(jìn)移栽后煙株早生快發(fā)，在生長中期對煙株促進(jìn)作用最為明顯。

連作導(dǎo)致煙株病害發(fā)生嚴(yán)重。 本研究通過對該地塊發(fā)病嚴(yán)重的煙草花葉病和黑脛病進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，煙稈生物質(zhì)炭基肥對這兩種病害具有很好的抑制作用，尤其是在烤煙生長前中期防治效果明顯。 這可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭基肥改善了根際土壤微環(huán)境，促進(jìn)煙株根系生成，加強(qiáng)煙株對礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收，提高了抗病性。

烤煙連作障礙的表現(xiàn)之一是土壤養(yǎng)分含量失調(diào)，連年施用化肥且施用過量不僅會造成肥料損失、效益低下，同時也會導(dǎo)致土壤退化，降低產(chǎn)質(zhì)量[28]。 通過利用兼具緩釋性能[29]和土壤改良功效的生物質(zhì)炭基肥可有效緩解連作障礙。 王曉強(qiáng)等[30]研究表明，在減施氮肥的基礎(chǔ)上配施生物炭基肥，可顯著提高烤后煙葉的兩糖含量， 降低煙堿和總氮含量， 使糖堿比和鉀氯比增高。 本研究中，施用煙稈生物質(zhì)炭基肥的烤后煙葉總氮含量增加，而煙堿含量下降，處理間無顯著差異。 這可能是煙株吸收的氮肥用于合成煙堿較少，而更多的用于促進(jìn)煙株莖稈加粗，葉片伸長等方面。 同時肖和友等[31]的研究也有類似結(jié)論:隨著添加生物質(zhì)炭試驗(yàn)?zāi)晗薜难娱L，煙葉總糖、還原糖、總氮含量和氮堿比、糖堿比升高，而煙堿、氯含量和糖氮比降低。 臧清波等[32]發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭基肥對玉米品種先玉335 的增產(chǎn)效果最佳，增幅高達(dá)24.32%。本研究結(jié)果與其類似，中等施用量的煙稈生物質(zhì)炭基肥對紅花大金元烤煙產(chǎn)值增幅可達(dá)34.77%。

綜上，在本試驗(yàn)條件下，煙稈生物質(zhì)炭基肥可促進(jìn)連作煙株生長，降低煙草花葉病和黑脛病發(fā)病率，提高烤后煙葉外觀質(zhì)量、產(chǎn)量及化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，且整體以500 g/株用量效果最佳。